頂板薄層巖體極破碎緩傾斜薄礦體安全高效回采及應用

李 闖

（長春黃金研究院有限公司，吉林 長春 130000）

懷來宏達礦業有限公司（以下簡稱宏達公司）是中國黃金集團公司的全資子公司，礦區位于懷來縣王家樓回族自治鄉麻峪口村北麻峪口溝及其兩側，公司成立于2007年4月，原來生產能力為700t/d～900t/d，目前公司采選生產能力以達到3000t/d。主要是針對懷來宏達礦業有限公司五礦礦體的開采技術條件而設立的科研課題。該礦開采方式為地下開采，開拓方式為盲豎井+平硐開拓。目前探明的保有地質儲量為492.8萬t，金屬量17.9萬t。

1 采礦方法及回采工藝

1.1 采礦方法選擇及特點

根據礦段礦體的賦存特點及開采技術條件，為了達到降低廢石混入率、保證回采作業安全的目的，提高礦山經濟效益，本著技術可行、經濟合理、安全可靠的原則，并借鑒國內外成功的經驗，經充分科學論證后，確定采用“傾斜分條淺孔分層回采采礦法”[1]。

1.2 采礦方法試驗方案概述

傾斜分條淺孔分層回采采礦法，它的主要特點是將偽頂與礦石分層爆破，偽頂采用拋擲爆破并與落礦方向有一定夾角。在盤區內沿礦體傾斜布置若干個回采分條（采場）[2]。為了保證回采分條作業安全，分條（采場）間留有連續條帶狀礦柱，待盤區內分條回采結束再回收礦柱，將條帶狀連續礦柱變成規則的點柱，從而保證整個盤區頂板的穩定。

1.2.1 分條（采場）寬（跨）度的確定

分條的寬度即采場跨度（礦房寬度）尺寸的確定，主要是從影響采場頂板穩定性的方面進行驗算和確定的。由材料力學可知，最大拉應力出現在梁的兩端上邊緣點上，其值為：

δmax=L2r/2h

式中：δmax—巖層（梁）所受最大拉應力，t/m2；

（1）h——松脫巖層高度，取h=1.0m；

（2）r——頂板巖層單位體積重力，r=2.8t/m3；

（3）L——梁（分條）跨度，m。

一旦δmax大于巖石的抗拉強度，巖石就會發生破壞，若要滿足頂板巖層的穩定性，則必須滿足：

δmax≤δt

式中：δt——頂板巖層巖石的抗拉強度，δt=220t/m2

將上述公式整理得：

L2r/2h≤δt

據此可以推斷采場極限寬度：

若將巖石的抗拉強度除以安全系數，則得到采場的允許寬度，根據巖層穩固程度和考慮爆破震動及地下水影響的因素，安全系數可取2.0，則：

根據以上計算結果，確定分條（采場）寬（跨）度為8m。

1.2.2 分條（采場）數量的確定

分條（采場）數量是影響盤區長度的主要因素，分條數量的確定主要依據是礦、巖分層爆破作業組織方式，即分層爆破作業是否在不同的分條內進行。

為了保證回采作業及生產的可靠性，試驗選取了分層爆破作業分別在不同的分條內進行的作業組織方式，由此盤區內分條（采場）的數量由下式計算：

（1）N=2.5×2。

（2）式中：N——盤區內分條（采場）數量，個；

（3）2.5——礦、巖分層爆破作業方式影響系數；

（4）2——分條生產影響備用系數；

（5）經過計算可知，針對每天一個回采作業循環的盤區開采而言，內部分條的數量為5個。

1.3 盤區回采工作

1.3.1 回采作業方式及順序

在盤區內以回采分條為基本回采單元，沿礦體傾斜方向由下往上回采至上中段水平。分條內采用淺孔分層爆破回采工藝，爆破廢石時采用拋擲爆破，拋向采空區，方向為沿傾斜方向。

1.3.2 鑿巖爆破作業

炮孔布置：對礦體上盤0.8m厚的圍巖采用拋擲爆破，孔眼間距0.60m，炮孔排距06.m～0.8m，孔長2.2m，崩巖深度1.5m，三孔成三角形為一組，分段爆破；礦石采用直孔爆破，炮孔間距1.0m，炮孔排距1.0m～1.2m，孔深1.5m～1.6m，分段分排爆破，崩礦深度1.5m（見圖1）。

圖1 炮孔布置圖

2 效果分析與比較

2.1 主要技術經濟指標

（1）采場純礦量生產能力由30t/d提高到50t/d。

（2）采礦的廢石混入率降低26.05%～28.53%。

2.2 經濟和社會效益

采場廢石不出坑直接充填到采空區內，不僅降低了企業運營費用，提高了企業經濟效益，而且減少了礦山廢石排放及污染，對推進綠色礦山建設有著重要意義。

2.3 直接經濟效益

根據礦山生產規模和礦巖分采工藝所占的比例，采用礦巖分采后廢石混入率可降低26.05%～28.53%，每天少采出廢石量100t/d。

經核算采選作業成本（不含鑿巖爆破作業成本及磨礦后續工藝作業成本）為44.7元/t，由于廢石混入率降低26.05%～28.53%，每天少采出廢石量100t/d，由此每年可獲得經濟效益147.51萬元。

3 結語

通過試驗內容的試驗研究，解決礦巖分采的技術難題，進一步提高企業的經濟效益和推進綠色礦山建設更加可以充分地開發、利用資源，節約資源，切實落實好國家對礦產資源節約與綜合利用的方針政策。對礦山的生存和發展具有重要的意義。